CN110213548B - 一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法。该方法包括步骤视讯监控、信号识别和疲劳监测，通过视讯监控将驾驶室内工作场景拍摄记录到车载监控主机中的车载DVR，也可以通过无线通信路由器将监控视频传输给值班室管理子系统；车载监控主机通过零速接口和主控接口实时监测车速识别信号和车头识别信号，并对应启动或关闭车载监控主机内对应的监控识别模块；车载监控主机中的面部识别模块进行疲劳状态识别，则生成疲劳监控信息，进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，进行疲劳告警和记录。通过该方法能够结合车载信号实时启动对驾驶员的视讯通话、身份识别、疲劳监测、手势监测和告警推送，具有覆盖范围广、监控精准、时效性强等优势。

Description

一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法。

背景技术

随着城市轨道交通高速发展并逐渐成网，地铁列车的司乘驾驶人员队伍不断壮大，伴随着司乘驾驶人员的增加，地铁列车驾驶的风险也不断上升，安全行车是地铁运营面临越来越重的任务，司乘人员管理部门也面临着越来越大的挑战。因此，需要设计一套完整的轨道列车驾驶员状态监视警示系统解决方案，既要能适应地铁轨道列车驾驶员的工作规律，要能识别和判断驾驶员的各种状态及行为，还能实时快速对违规危险行为进行预警，确保行车安全。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，解决现有技术中对轨道列车驾驶员行为缺乏实时监控、识别及有效报警的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，包括步骤：视讯监控，当列车系统上电工作后，驾驶室内的车载监控主机开机，设置在驾驶室内的视讯摄像头将监控视频传输给车载监控主机中的车载DVR，若驾驶员按下应急键或远程视讯启动键，则监控视频由车载DVR进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，实现驾驶员与值班员之间的双向视讯监控；信号识别，所述车载监控主机通过零速接口和主控接口实时监测车速识别信号和车头识别信号，并根据所述车速识别信号和车头识别信号启动或关闭所述车载监控主机内对应的监控识别模块；疲劳监测，当监控到驾驶室为车头且有速时，设置在驾驶室内的面部监控摄像头将监控视频传输给车载监控主机中的面部识别模块，由所述面部识别模块进行疲劳状态识别，当识别出有疲劳状态时，则生成疲劳监控信息，进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，进行疲劳告警和记录。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，在视讯监控中，当值班员需要通过值班室管理子系统对列车驾驶员进行视讯交流时，则由值班室管理子系统向车载监控主机发出开启视讯工作的指令，经无线通信路由器、嵌入式工控机收到该指令，然后将视讯摄像头拍摄的视频直接由车载DVR传输给无线通信路由器，发送给值班室管理子系统。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，驾驶室内设置有手势监控摄像头，车载监控主机对应设置有与所述手势监控摄像头视频连接的手势识别模块，在信号识别中，当监测到车头识别信号为车头，且车速识别信号为零速时，所述手势识别模块监控识别来自手势监控摄像头的视频图像，对驾驶员的手势进行识别判断，若在列车启动之前通过监控识别发现：无手势、缺少手势或非标准手势，则会产生告警信息。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，驾驶室内设置有车外场景监控摄像头，所述车载监控主机内还对应设置有与所述车外场景监控摄像头视频连接的场景识别模块，在信号识别中，当车头识别信号识别为是车头时，并且车速识别信号显示当前为车速为零，则此时车外场景监控摄像头在嵌入式工控机的控制下，将视频信号输入到场景识别模块，场景识别模块对车外场景监控摄像头拍摄的信号灯进行识别。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，在疲劳监测步骤中还包括对驾驶员的身份识别，当车头识别信号为车头，且车速识别信号为有速时，通过面部监控摄像头和面部识别模块对驾驶员进行人脸识别，提取人脸中所蕴涵的面部特征，并与已知的人脸进行对比，从而识别人脸身份，对应的身份数据传输至值班室管理子系统。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，对驾驶员的身份识别中还包括对新驾驶员的身份标定，当通过驾驶员身份识别发现不存在该驾驶员身份时，则认为是新驾驶员，此时通过值班室管理子系统远程操控面部识别模块，对驾驶员身高、正常驾驶状态进行识别标定，并且和身份信息绑定，再通过无线通信路由器回传给值班室管理子系统。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，疲劳监测进一步细分为：中度疲劳监测、重度疲劳监测、视线偏离监测、离岗监测、打电话监测、喝水监测和/或抽烟监测。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，所述值班室管理子系统的监管方法包括实时监控、告警统计、状态抽检、设置操作和/或综合评价。

在本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法另一实施例中，所述值班室管理子系统还对告警信息通过网络向用户推送告警信息。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法。该方法包括步骤视讯监控、信号识别和疲劳监测，通过视讯监控将驾驶室内工作场景拍摄记录到车载监控主机中的车载DVR，也可以通过无线通信路由器将监控视频传输给值班室管理子系统；车载监控主机通过零速接口和主控接口实时监测车速识别信号和车头识别信号，并对应启动或关闭车载监控主机内对应的监控识别模块；车载监控主机中的面部识别模块进行疲劳状态识别，则生成疲劳监控信息，进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，进行疲劳告警和记录。通过该方法能够结合车载信号实时启动对驾驶员的视讯通话、身份识别、疲劳监测、手势监测和告警推送，具有覆盖范围广、监控精准、时效性强等优势。

附图说明

图1是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统一实施例的组成示意图；

图2是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的车载监控主机组成框图；

图3是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的驾驶室左侧剖视图；

图4是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的驾驶室右侧剖视图；

图5是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的车速识别部分电路；

图6是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的车速识别部分电路；

图7是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的电源转换部分电路；

图8是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的电源转换部分电路；

图9是根据轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统另一实施例中的值班室管理子系统组成框图；

图10是根据本发明轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法一实施例流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1显示了轨道列车驾驶员行为综合监测警示系统一实施例的组成示意图。在图1中，包括驾驶室监控子系统T1、网络传输子系统T2和值班室管理子系统T3，所述驾驶室监控子系统T1通过所述网络传输子系统T2与所述值班室管理子系统T3网络互联。

进一步的，所述驾驶室监控子系统T1包括设置在车头和车尾驾驶室内的车载监控主机和监控摄像头，所述监控摄像头将拍摄的监控视频传输给所述车载监控主机，由所述车载监控主机进行识别处理，得到监控信息，这里的监控信息包括监控视频以及对监控视频进行处理的图文信息、告警信息等。所述网络传输子系统T2包括设置在车载监控主机内的无线通信路由器，例如4G或5G移动通信路由器，这些通信路由器接入到移动通信网或者专用无线通信网中的云服务器，该云服务器还可以接入到其他网络中，所述值班室管理子系统可以通过网络传输子系统访问该云服务器，或者所述值班室管理子系统本身就与云服务器在一起，因此，在这里驾驶室监控子系统和值班室管理子系统都是基于对云服务器的访问而进行互联互通和互操作的，以下说明中与值班室管理子系统的互通也是基于这种方式，不再赘述。所述车载监控主机通过所述无线通信路由器向所述值班室管理子系统发送监控信息，接收并响应来自所述值班室管理子系统的监控指令。

优选的，如图2所示，所述车载监控主机1内还包括车载DVR(12)、面部识别模块14、嵌入式工控机11和电源控制模块10；所述监控摄像头包括与所述车载DVR(12)视频连接的视讯摄像头v1，与所述面部识别模块14视频连接的面部监控摄像头v2，所述嵌入式工控机11与所述无线通信路由器13、车载DVR(12)、面部识别模块14均网络111连接，所述车载DVR(12)与所述无线通信路由器13也网络连接；所述电源控制模块10接入列车110V直流电并转换为12V直流电，通过供电线路101分别向车载DVR(12)、面部识别模块14、嵌入式工控机11供电12V直流电，所述电源控制模块10还接入车速识别信号(对应零速接口)和车头识别信号(对应主控接口)，这些信号作为对应开启不同的监控摄像头的触发信号源，后续进一步说明；所述监控信息包括所述视讯摄像头拍摄的监控视频，也包括所述面部识别模块14对面部监控摄像头拍摄的驾驶员的面部特征识别信息和驾驶员的疲劳状态识别信息。

优选的，无线通信路由模块接收来自嵌入式工控机的监控信息，然后转换为无线通信信号上传给网络传输子系统中的云服务器和值班室管理子系统，同时也接收来自值班室管理子系统下发的监控指令；优选的，无线通信路由模块通过IP地址区分车辆，以及车头和车尾。

优选的，视讯摄像头与所述车载DVR互通，即视讯摄像头采集的视频信号可以直接输送到车载DVR，由车载DVR进行存储。因此，视讯摄像头和车载DVR可以长时间处于工作状态。优选的，当驾驶员需要与值班员进行视讯通话时，则需要将车载DVR中的视频通过无线通信路由器传输到值班室管理子系统，而来自值班室管理子系统的监控指令信号也是通过该无线通信路由器传输给嵌入式工控机，由嵌入式工控机做出进一步的操作控制。可以看出，车载DVR与无线通信路由器通过网线直接互通，这样有利于驾驶员与值班员之间建立低延时的视频传输通道，在视频传输过程中可以不受嵌入式工控机的干预，提供视频通信的实时性。

优选的，一般情况下，车载监控主机开机工作后，视讯摄像头开始对驾驶室工作场景进行采集，并通过车载DVR进行存储。当驾驶员按下应急按钮或远程视讯启动键时，产生的应急信号或启动信号经由嵌入式工控机并通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，由该子系统确认后向车载监控主机发回确认指令，嵌入式工控机收到该确认指令后，则将视讯摄像头拍摄的视频直接由车载DVR传输给无线通信路由器，发送给值班室管理子系统，同时驾驶员使用对讲机产生的话音也经由无线通信路由器，发送给值班室管理子系统，值班室内的值班员的语音也会通过该无线通信路由器接收，并播放给驾驶员收听，实现实时的视频通话。

优选的，当值班员需要通过值班室管理子系统对列车驾驶员进行视讯交流时，则可以由值班室管理子系统向车载监控主机发出开启视讯工作的指令，经无线通信路由器、工控机收到该指令，然后则将视讯摄像头拍摄的视频直接由车载DVR传输给无线通信路由器，发送给值班室管理子系统，同时驾驶员使用对讲机产生的话音也经由无线通信路由器，发送给值班室管理子系统，值班室值班员的语音也会通过该无线通信路由器接收，并播放给驾驶员收听。该功能对应值班室管理子系统的状态抽检模块。

进一步的，当需要停止该视讯系统工作时，则可以由值班室管理子系统向车载监控主机发出停止视讯工作的指令，经无线通信路由器、工控机收到该指令，则关闭无线通信路由器的发送工作状态，同时控制车载DVR不再向无线通信路由器发送视频信号。

可见这种设置方式，既可以保证对驾驶员进行视频的监控存储记录，也便于在应急时刻及时开启视讯通话功能，做到了日常监控管理、本地监控和应急监控管理、远程监控的有效结合。

优选的，面部监控摄像头与所述面部识别模块互通，当需要对驾驶员进行识别和疲劳监控时，由所述面部识别模块对来自面部监控摄像头的视频图像进行识别处理，并将处理结果传输给嵌入式工控机，嵌入式工控机再进一步通过无线通信路由器传输到值班室管理子系统进行统计分析和告警提示。这里，所述面部识别模块并没有与无线通信路由器通过网线直接互通，而是由面部识别模块将识别结果先输出给嵌入式工控机后，再由工控机通过无线通信路由器将识别结果传输给值班室管理子系统。可见对面部识别并不是要求一直在线进行，而是在驾驶员更换时进行识别，以及对驾驶员的驾驶状态进行抽查识别或者定时采集识别。

这里将面部识别模块作为一个独立的视频图像处理模块有利于进行模块化分析处理，提高对面部特征识别的处理时效和准确度，有利于产品的升级换代。

优选的，对于面部识别模块包括人脸识别和疲劳监测两个功能，对应前述的面部识别模块提取驾驶员的面部特征识别信息和驾驶员的疲劳状态识别信息。

其中，人脸识别是基于人的脸部特征，对输入的人脸图像或者视频流首先判断其是否在数据库中存在该人脸信息，如果存在，则进一步的给出该人脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置信息。并依据这些信息，进一步提取该人脸中所蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸进行对比，从而识别该人脸的身份。人脸识别通常是在车载监控主机上电后，车载监控主机向值班室管理子系统请求更新驾驶员身份信息，现场对驾驶员拍照，并上传驾驶员的身份数据，包括姓名、ID号、人脸照片等，这些身份数据会保存至云服务器或值班室管理子系统，通过人脸识别对驾驶员的身份进行确认，并和对应的疲劳告警信息绑定。

优选的，疲劳监测基于PERCLOS的驾驶员疲劳检测方法。通过测量在一定的时间内眼睛闭合时所占的时间比例，检测驾驶员的疲劳情况。包括红外光源、人眼图像传感、图像处理及眼睛面积补偿算法等组成。在提取人眼图像过程中，利用人眼对850nm/940nm这两种波长的红外光线的吸收率的明显差异，得到差分图像后可将眼睛与其余部分分离,同时也避免了背景光线的干扰，特别适合于夜间容易出现疲劳驾驶时段的检测。在眼睛面积的计算过程中，通过面积补偿算法，修正驾驶员眼睛与检测设备距离相对变化引起的误差，提高了检测系统的准确率。

对于疲劳监测主要包括中度疲劳监测、重度疲劳监测、视线偏离监测、离岗监测、打电话监测、喝水监测和/或抽烟监测。具体的图像视频监测方法是：中度疲劳监测对应：10s内打哈欠2个或10s内闭眼占比50％以上，并语音提醒“您已中度疲劳”，处理方式是不发送告警；重度疲劳监测对应：10s内打哈欠3个或10s内闭眼占比80％以上，并语音提醒“您已重中度疲劳”，在达到重度疲劳后继续持续此状态，每隔10s语音提醒“您已重度疲劳”，处理方式是发送告警及对应视频；视线偏离监测对应：左、右、上、下偏头40°且持续20s后，语音播报“请专心驾驶”，继续持续此状态，每隔10s语音提醒“请专心驾驶”，处理方式是发送告警及对应视频；离岗监测对应：持续25s以上未检测到人脸，语音提醒“请回到驾驶位置”，继续持续此状态，每隔10s语音提醒“请回到驾驶位置”，处理方式是发送告警及对应视频；打电话监测对应：检测手持电话且有打电话动作，语音提醒“请勿打电话”；喝水监测对应：检测水杯且有喝水动作时，语音提醒“请勿喝水”；抽烟监测对应：检测到香烟且有抽烟动作时，语音提醒“请勿抽烟”。通过上述对疲劳状态(包括非正常驾驶状态)的分类、特征提取和量化分析数据，实现了对疲劳监测的精细化处理，有利于告警的分类和提醒。

当产生上述告警时，面部识别模块将告警的信息、告警时录制的高清短视频、驾驶员身份信息一并传回至嵌入式工控机，嵌入式工控机再通过无线通信路由器将这些监控信息传至值班室管理子系统。

优选的，在某位驾驶员首次使用本系统时，可通过值班室管理子系统的指定列车标定按钮操作面部识别模块，对驾驶员身高、正常驾驶状态标定，并且和其身份信息绑定，这些信息再通过无线通信路由器传回值班室管理子系统。

优选的，电源控制模块将列车的车速识别信息和车头尾识别信息推送给嵌入式工控机，嵌入式工控机再推送至面部识别模块，只有当速度不为零且为车头时，才会启动疲劳监测功能；每当车速由零速变为有速时，启动一次人脸识别功能。

优选的，嵌入式工控机将面部识别模块中的视频流实时保存，90天做循环覆盖，可通过值班室管理子系统查看历史视频，也可通过U盘现场拷贝。

进一步的，结合图3和图4所示，所述视讯摄像头SX4设置在驾驶员座椅的左侧斜上方、驾驶室内部的顶盖上，对驾驶员呈俯视监控状态，有利于监控驾驶员在驾驶位上的操控状态；所述面部监控摄像头SX2设置在驾驶室前窗玻璃的下方，对驾驶员面部呈仰视监控状态，有利于监控驾驶员的面部特征。图3中还显示了在驾驶室前窗玻璃处还设置有与所述无线通信路由器相连的通信天线TX1。

优选的，所述监控摄像头还包括手势监控摄像头SX1，图2中的所述车载监控主机1内还对应包括与所述手势监控摄像头v3视频连接的手势识别模块15，所述手势识别模块15与所述嵌入式工控机11网络连接。手势识别基于Meanshift和Kalman滤波相结合的跟踪算法来跟踪定位人体目标；利用肢体特征和区域特征来提取运动特征；利用基于OAA的支持向量机分类识别。

优选的，所述监控摄像头还包括车外场景监控摄像头SX3，所述车载监控主机1内还对应包括与所述车外场景监控摄像头SX3视频连接的场景识别模块，所述场景识别模块与所述嵌入式工控机网络连接。

优选的，还具有车头车速监测功能，图2中的车载监控主机通过零速接口和主控接口与电源控制模块电连接，获得来自列车的车速识别信号和车头识别信号，当车速识别信号显示车速为零时，表明为停车状态，否则为运行状态，当车头识别信号显示为车头信息时，则表明当前驾驶室为车头，否则当车头识别信号显示为车尾信息时，则表明当前驾驶室为车尾。

优选的，当车头识别信号识别为是车头时，并且车速识别信号显示当前为车速为零，则此时车外场景监控摄像头在嵌入式工控机的控制下，将视频信号输入到场景识别模块，该场景识别模块可以对车外场景监控摄像头拍摄的信号灯进行识别，例如当信号灯为红色时，则列车为停车状态，而当由红色变为绿色后，则意味着列车可以启动发车。此时，嵌入式工控机可以控制手势识别模块接收识别来自手势监控摄像头拍摄的对驾驶员的手势动作，而当驾驶员做出正确的手势动作后，并且列车启动后，则车速识别信号显示当前为车速为有速状态，嵌入式工控机可以控制手势识别模块停止工作。

由此可见，引入车速识别信号和车头识别信号有利于准确触发采集不同的监控摄像头，并且在完成相应的识别处理工作后，又及时关闭相应的监控摄像头，有利于节约能耗，获得准确的视频监控信息。

进一步优选的，所述电源控制模块包括电源转换电路、信号识别电路。优选的，所述信号识别电路包括对车速识别信号进行识别的车速识别电路，以及对车头识别信号进行识别的车头识别电路。

如图5所示，所述车速识别电路包括零速接口，零速接口J23的接地端1接地，信号端2接入列车速度检测线，并且还电连接第一继电器RL1的负向输入端-IN，而第一继电器的RL1的正向输入端+IN接12V直流电。结合图6，所述第一继电器的负向输出端-OUT接地，正向输出端+OUT电连接第一光耦的发光二级管的负端，该发光二极管的正端接5V直流电，该第一光耦的输出三极管的发射极接地，输出三极管的集电极与单片机的一个输入输出引脚电连接，并且还串接第一限流电阻和第一发光指示二极管后接入5V直流电，该第一发光指示二极管的正极电连接5V直流电，负极接该第一限流电阻。

优选的，速度检测接口J23的第二接线端2与继电器RL1的负向输入端-IN之间还串接有一保险丝F9。优选的，在第一继电器RL1的负向输入端-IN和正向输入端+IN之间还并接有一个保护二极管D13,该二极管D13的正极与继电器RL1的负向输入端-IN电连接，该二极管D13的负极与继电器RL1的正向输入端+IN电连接。正常情况下，列车处于停止状态，该列车速度检测线输出高电压，例如输出直流12V，则在继电器RL1的正向输入端+IN和负向输入端-IN之间就不存在电压差，则控制继电器RL1的正向输出端+OUT和负向输出端-OUT之间断开，则控制继电器RL1的正向输出端+OUT的输出信号SPEEDIN1为悬空状态。而当列车启动运行，对应列车速度检测线接地或为低电压时，则继电器RL1的正向输入端+IN和负向输入端-IN存在电压差，则控制继电器RL1的正向输出端+OUT和负向输出端-OUT之间导通，则控制继电器RL1的正向输出端+OUT的输出信号SPEEDIN1为接地信号。

进一步的，如图6所示,对图5中第一继电器RL1的输出信号SPEEDIN1进一步串联电阻R1后电连接到光耦芯片PS2804的K1端，而光耦芯片PS2804的A1端接直流5V，光耦芯片PS2804的C1端通过串联电阻R2和发光二极管D3后也接直流5V，光耦芯片PS2804的E1端接地。另外，光耦芯片PS2804的C1端还直接与单片机的一个输入输出引脚电连接。显然，当图5中第一继电器RL1的输出信号SPEEDIN1接地时，该光耦芯片PS2804的A1端与K1端之间导通，则引起内部的三极管导通，即C1端与E1端导通，则发光二极管D3点亮，同时C1端的电压为0V，该电压值将被单片机采集，作为列车处于有速运行的信号。而当控制继电器RL1的输出信号SPEEDIN1为断开悬空状态时，显然该光耦芯片PS2804的C1端与E1端之间为截止状态，则发光二极管D3为熄灭状态，同时C1端的电压为5V，该电压值将被单片机采集，作为列车处于停止运行的信号。该单片机将采集到的车速识别信号再通过串口或网口传输给车载监控主机中的嵌入式工控机，从而能够进一步在嵌入式工控机的控制下，对其他模块进行控制工作，例如对手势识别模块的操控。

结合图5和图6，对于来自的列车速度检测线的电压信号，这里采用了继电器RL1和光耦芯片PS2804进行两次隔离，其中通过继电器能够将列车速度检测线的高电压信号的有无转换为输出信号SPEEDIN1的接地或悬空，然后再通过光耦芯片PS2804进一步隔离，并获得和单片机接口相适配的5V信号和0V信号的采集。因此，对电源控制板有很好的保护作用。

所述车头识别电路与所述车速识别电路具有相同的电路结构，所述车头识别电路包括主控接口，所述主控接口的接地端接地，信号端电连第二接继电器的负向输入端，所述第二继电器的正向输入接12V直流电，所述第二继电器的负向输出端接地，正向输出端电连接第二光耦的发光二级管的负端，该发光二极管的正端接5V直流电，该第二光耦的输出三极管的发射极接地，输出三极管的集电极与单片机的另一个输入输出引脚电连接，并且还串接第二限流电阻和第二发光指示二极管后接入5V直流电，该第二发光指示二极管的正极电连接5V直流电，负极接第二该限流电阻。具体的实现电路组成可以参加图5和图6所示电路，这里不再赘述。

所述电源控制模块中的电源转换电路如图7和图8所示，其中，在图7中，直流110V接线端J15中一端与共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00的第一引脚端电连接，另一端与共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00的第三引脚端电连接。优选的，在共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00的第三引脚端上串联有保险丝F3和输入电源开关S3，由此可以对输入的直流110V进行大电流保护，以及人为开关加电和断电控制。优选的，在共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00的第一引脚端和第三引脚端之间还并联有滤波电容C11，而在共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00的第二引脚端和第四引脚端之间还并联有滤波电容C12。

进一步的，在共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00之后设置的是直流电源变换器CQB150W-110S12，该直流电源变换器的作用是把输入的110V直流电变换为12V直流电。其中，共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00的第二引脚端与直流电源变换器CQB150W-110S12的负极输入端-VIN电连接，共模滤波器ACM90V-701-2PL-TL00的第四引脚端与直流电源变换器CQB150W-110S12的正极输入端+VIN电连接。直流电源变换器CQB150W-110S12的正极输出端+Vout输出直流12V，负极输出端-Vout则接地。优选的，在直流电源变换器CQB150W-110S12的正极输入端+VIN和负极输出端-Vout之间还并联有两个滤波电容C4和C5。

图8进一步显示了12V直流电变换为5V直流电的电路，其中，由图3中的直流电源变换器CQB150W-110S12的正极输出端+Vout和负极输出端-Vout串联一滤波电路后接入另一直流变换电源模块B1205S-2WR2的正极输入端+Vin和接地端GND，其中该滤波电路包括滤波电感L1和滤波电容C6，其中滤波电感L1的两端分别电连接直流电源变换器CQB150W-110S12的正极输出端+Vout和直流变换电源模块B1205S-2WR2的正极输入端+Vin，滤波电容C6在直流变换电源模块B1205S-2WR2的正极输入端+Vin和接地端GND之间并联。直流变换电源模块B1205S-2WR2的正极输出端+Vo输出直流5V，负极输出端-Vo接地，在正极输出端+Vo和负极输出端-Vo之间也并联有两个滤波电容C7和C8。另外，优选的，正极输出端+Vo还串接一限流电阻R27和发光二极管D10,当产生输出直流5V时，该发光二级管D10将被点亮，表明有直流5V产生，同时也说明前一级图3中的直流12V也产生输出。

进一步的，如图9所示，所述值班室管理子系统Z1包括实时监控模块Z11、告警统计模块Z12、状态抽检模块Z13、设置中心模块Z14、综合评价模块Z15。该值班室管理子系统通过所述网络传输子系统对各个在轨运行的轨道列车上的所述驾驶室监控子系统进行交互，实现对驾驶员行为的综合监控，并且这些模块的功能和操作使用也与前述对车速识别信号、车头识别信号、对各个监控摄像头及对应的识别模块的工作时序相对应。

具体而言，对于实时监控模块Z11，可以实时显示所有车辆的当天的一级实时告警页面，包括告警总数、未处理数、及时处理数、超时处理数，可以根据需要选择查看运行线路、车辆号；用告警图表展示选定时间段内各个告警的数量，时间刻度可以进行缩放，用告警统计展示各个告警的占比分布情况；并有详细的告警记录，包括每天告警的线路号、车辆号、告警等级、告警时间、告警类型、驾驶员、处理人、处理状态、操作(告警处理、详情、删除)。点击告警处理跳转新窗口，展示告警视频和截图，并提供处理说明、确认等按钮，详情可以展示告警的详细信息，包括线路号、车辆号、处理人、处理时间、处理说明等，删除按钮可以删除这条告警记录。这些告警信息主要是由前述面部识别模块对疲劳状态监测的告警信息。

告警统计模块Z12分为车辆告警统计子模块和驾驶员告警统计子模块。车辆告警统计子模块用来展示所有告警信息，显示窗口上方展示告警总数、未处理数、及时处理数、超时处理数，筛选条件框包括驾驶员、告警类型、告警等级、处理状态、开始时间、结束时间，默认条件为当天的所有告警；告警统计图展示所有筛选条件下的告警分布；显示窗口下方展示筛选条件下的告警详情列表。

驾驶员告警统计子模块用来展示每位驾驶员的告警情况，显示窗口上方展示告警总数、未处理数、及时处理数、超时处理数，筛选条件框包括驾驶员、告警类型、告警等级、处理状态、开始时间、结束时间，默认条件为当天的所有告警；根据筛选条件，用图表展示驾驶员个人告警统计(每个人的告警统计分布)、个人自然时间段告警统计(自然时间段和告警的分布关系)、工龄告警统计(工龄和告警的分布关系)，显示窗口下方展示告警详情列表。

状态抽检模块Z13包括车辆管理子模块、抽检子模块、远程标定子模块、记录视频下载子模块。通过该模块可以实现对驾驶员工作状态的主动查询。

车辆管理子模块可以实时显示全部列车号、车载监控主机在线状态、车载监控主机的车头、车尾、手动关闭设备按钮，对指定摄像头实时录像并查看；

抽检子模块可以对在线的任一车辆进行视讯通话，可以查看驾驶员的驾驶工作状态，以及也可以调用车载监控主机中存储记录的驾驶员监控信息，例如手势使用情况的信息、疲劳驾驶的信息等。

远程标定子模块包括：当有新的驾驶员驾驶车辆时，由车载监控主机向服务器推送对应的线路、车辆号，当前驾驶员无标定信息，需要手动标定；当手动标定完成后，数据保存在服务器内，此时数据库内的驾驶员信息更新了，就向所有的在线车载监控主机下发一次驾驶员身份信息；

记录视频下载子模块：可以选择下载不同线路、不同车辆号、不同车载监控主机在某个时间段的视频记录。

设置中心模块Z14包括驾驶员管理子模块、车辆管理子模块、告警设置子模块、权限管理子模块。

驾驶员管理子模块可以查询、添加、删除、修改驾驶员的身份信息，可以导出Excel表格；

车辆管理子模块可以查询、添加、删除、修改车辆的信息；

告警设置子模块展示告警的等级、推送详情，可以通过修改按钮修改告警的等级、分值，以及是否推送的设置；

权限管理子模块可以设置管理人员、值班员、领导的不同权限，管理员拥有最高权限，值班员只能查看告警、处理告警，领导可以查看告警、修改告警、处理告警。

综合评价模块Z15用来显示驾驶员的违规情况，设定筛选条件包括驾驶员姓名、告警类型、考核时间的开始和结束，设定筛选条件后，显示列出记录详情，详情包括驾驶员姓名、工号、考核时间、扣分值、操作，点击详情可以查询详细的扣分告警情况，包括线路号、车辆号、告警等级、告警时间、告警类型、驾驶员、处理人、处理状态、操作(告警处理、详情、删除)。

进一步优选的，值班室管理子系统还可以通过短信或APP进行告警信息推送。其中，推送的用户可以分为超级管理员、管理者、值班员、驾驶员。其中，超级管理员拥有最高使用权限；管理者即为地铁相关领导，可以查看重大告警、驾驶员的告警统计、综合分值、列车在线状态、状态抽检等；值班员可以只能对告警进行处理，无法查看统计分布、分值等；驾驶员可以查看本人的告警统计、分布、综合分值，无法查看其它驾驶员的情况。采用的方式就是在用户的智能移动通信终端上安装专用的APP，并注册账号。当本系统收到短时间内多次出现的重大告警时，就向相关人员进行相关告警推送，APP实时展示告警的相关列表，并提供高清短视频。

基于同一构思，还提供了一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法。如图10所示，该方法包括步骤：

视讯监控S101，当列车系统上电工作后，驾驶室内的车载监控主机开机，设置在驾驶室内的视讯摄像头将监控视频传输给车载监控主机中的车载DVR，若驾驶员按下应急键或远程视讯启动键，则监控视频由车载DVR进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，实现驾驶员与值班员之间的双向视讯监控；

信号识别S102，所述车载监控主机通过零速接口和主控接口实时监测车速识别信号和车头识别信号，并根据所述车速识别信号和车头识别信号启动或关闭所述车载监控主机内对应的监控识别模块；

疲劳监测S103，当监控到驾驶室为车头且有速时，设置在驾驶室内的面部监控摄像头将监控视频传输给车载监控主机中的面部识别模块，由所述面部识别模块进行疲劳状态识别，当识别出有疲劳状态时，则生成疲劳监控信息，进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，进行疲劳告警和记录。

优选的，在步骤S101中，当值班员需要通过值班室管理子系统对列车驾驶员进行视讯交流时，则由值班室管理子系统向车载监控主机发出开启视讯工作的指令，经无线通信路由器、嵌入式工控机收到该指令，然后将视讯摄像头拍摄的视频直接由车载DVR传输给无线通信路由器，发送给值班室管理子系统，同时驾驶员使用对讲机产生的话音也经由无线通信路由器，发送给值班室管理子系统，值班室值班员的语音也会通过该无线通信路由器接收，并播放给驾驶员收听。该功能对应值班室管理子系统的状态抽检模块。

进一步的，当需要停止该视讯工作时，则可以由值班室管理子系统向车载监控主机发出停止视讯工作的指令，经无线通信路由器、嵌入式工控机收到该指令，则关闭无线通信路由器的发送工作状态，同时控制车载DVR不再向无线通信路由器发送视频信号。

优选的，在步骤S102中，无线通信路由模块通过IP地址区分车辆，以及车头和车尾。

进一步优选的，驾驶室内设置有手势监控摄像头，车载监控主机对应设置有与所述手势监控摄像头视频连接的手势识别模块，当监测到车头识别信号为车头，且车速识别信号为零速时，所述手势识别模块监控识别来自手势监控摄像头的视频图像，对驾驶员的手势进行识别判断，若在列车启动之前通过监控识别发现：无手势、缺少手势或非标准手势，则会产生告警信息。

进一步优选的，驾驶室内设置有车外场景监控摄像头，所述车载监控主机内还对应设置有与所述车外场景监控摄像头视频连接的场景识别模块，当车头识别信号识别为是车头时，并且车速识别信号显示当前为车速为零，则此时车外场景监控摄像头在嵌入式工控机的控制下，将视频信号输入到场景识别模块，该场景识别模块可以对车外场景监控摄像头拍摄的信号灯进行识别，例如当信号灯为红色时，则列车为停车状态，而当由红色变为绿色后，则意味着列车可以启动发车。此时，嵌入式工控机可以控制手势识别模块接收识别来自手势监控摄像头拍摄的对驾驶员的手势动作，而当驾驶员做出正确的手势动作后，并且列车启动后，则车速识别信号显示当前为车速为有速状态，嵌入式工控机可以控制手势识别模块停止工作。

由此可见，通过对车头识别信号和车速识别信号的监测识别，并结合上述监控摄像头和识别模块，能够准确及时的进行所需类型的视频监控，一方面能够提高监控的精准性，另一方面也大大增强了列车的安全性。

优选的，在步骤S103中，还包括对驾驶员的身份识别，前述车头识别信号为车头，且车速识别信号为有速时，即驾驶员在驾车行驶后，通过面部监控摄像头和面部识别模块对驾驶员进行人脸识别，提取人脸中所蕴涵的面部特征，并将其与已知的人脸进行对比，从而识别人脸身份，包括姓名、ID号、人脸照片等，这些身份数据会保存至云服务器或值班室管理子系统，通过人脸识别对驾驶员的身份进行确认，并和对应的告警信息绑定。

进一步优选的，在对驾驶员的身份识别中还包括对新驾驶员的身份标定，即当通过驾驶员身份识别发现不存在该驾驶员身份时，则认为是新驾驶员，此时通过值班室管理子系统的指定列车标定按钮操作面部识别模块，对驾驶员身高、正常驾驶状态标定，并且和其身份信息绑定，这些监控信息再通过无线通信路由器传回值班室管理子系统。

进一步的，值班室管理子系统的数据库中增添并更新驾驶员数据库，然后值班室管理子系统再将该新驾驶员的身份数据推送到各个在轨列车的车载监控主机，由此可以将该新驾驶员的身份数据应用到其他列车上，这样也无论该驾驶员去哪辆列车驾驶都可以快速进行身份识别认证，而无需再进行身份标定，即一次标定即可完成在不同列车上的身份登记注册，大大提高了对驾驶员和列车的管理效率。

优选的，在步骤S103中，对于疲劳监测进一步细分为：中度疲劳监测、重度疲劳监测、视线偏离监测、离岗监测、打电话监测、喝水监测和/或抽烟监测。具体的图像视频监测方法是：中度疲劳监测对应：10s内打哈欠2个或10s内闭眼占比50％以上，并语音提醒“您已中度疲劳”，处理方式是不发送告警；重度疲劳监测对应：10s内打哈欠3个或10s内闭眼占比80％以上，并语音提醒“您已重中度疲劳”；在达到重度疲劳后继续持续此状态，每隔10s语音提醒“您已重度疲劳”，处理方式是发送告警及对应视频；视线偏离监测对应：左、右、上、下偏头40°且持续20s后语音播报“请专心驾驶”，继续持续此状态，每隔10s语音提醒“请专心驾驶”，处理方式是发送告警及对应视频；离岗监测对应：持续25s以上未检测到人脸，语音提醒“请回到驾驶位置”，继续持续此状态，每隔10s语音提醒“请回到驾驶位置”，处理方式是发送告警及对应视频；打电话监测对应：检测手持电话且有打电话动作，语音提醒“请勿打电话”；喝水监测对应：检测水杯且有喝水动作时，语音提醒“请勿喝水”；抽烟监测对应：检测到香烟且有抽烟动作时，语音提醒“请勿抽烟”。通过上述对疲劳状态的分类和量化数据，实现了对疲劳监测的精细化处理，有利于告警的分类和提醒。

当产生上述告警时，面部识别模块将告警的信息、告警时录制的高清短视频、驾驶员身份信息一并传回至嵌入式工控机，嵌入式工控机再通过无线通信路由器将这些监控信息传至值班室管理子系统。

优选的，值班室管理子系统作为一个列车驾驶监控的管理系统，其管理方法还进一步包括实时监控、告警统计、状态抽检、设置操作、综合评价，分别与前述图9中的实时监控模块Z11、告警统计模块Z12、状态抽检模块Z13、设置中心模块Z14、综合评价模块Z15相对应，由于是基于同一构思，这些管理方法具体参见对这些模块的说明，这里不再赘述。

优选的，值班室管理子系统还可以对告警信息通过网络进一步通过短信或APP向用户推送告警信息，推送的用户可以分为超级管理员、管理者、值班员、驾驶员。其中，超级管理员拥有最高使用权限；管理者即为地铁相关领导，可以查看重大告警、驾驶员的告警统计、综合分值、列车在线状态、状态抽检等；值班员可以只能对告警进行处理，无法查看统计分布、分值等；驾驶员可以查看本人的告警统计、分布、综合分值，无法查看其它驾驶员的情况。采用的方式就是在用户的智能移动通信终端上安装专用的APP，并注册账号。当本系统收到短时间内多次出现的重大告警时，就向相关人员进行相关告警推送，APP实时展示告警的相关列表，并提供高清短视频。

基于同一构思，对该方法的说明还可以结合前述对系统的描述，这里不再赘述。

由此可见，本发明公开了一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法。该方法包括步骤视讯监控、信号识别和疲劳监测，通过视讯监控将驾驶室内工作场景拍摄记录到车载监控主机中的车载DVR，也可以通过无线通信路由器将监控视频传输给值班室管理子系统；车载监控主机通过零速接口和主控接口实时监测车速识别信号和车头识别信号，并对应启动或关闭车载监控主机内对应的监控识别模块；车载监控主机中的面部识别模块进行疲劳状态识别，则生成疲劳监控信息，进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，进行疲劳告警和记录。通过该方法能够结合车载信号实时启动对驾驶员的视讯通话、身份识别、疲劳监测、手势监测和告警推送，具有覆盖范围广、监控精准、时效性强等优势。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，包括步骤：

视讯监控，当列车系统上电工作后，驾驶室内的车载监控主机开机，设置在驾驶室内的视讯摄像头将监控视频传输给车载监控主机中的车载DVR，若驾驶员按下应急键或远程视讯启动键，则监控视频由车载DVR进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，实现驾驶员与值班员之间的双向视讯监控；所述车载DVR与无线通信路由器通过网线直接互通，车载DVR中的视频通过无线通信路由器传输到值班室管理子系统，而来自值班室管理子系统的监控指令信号也是通过该无线通信路由器传输给嵌入式工控机，由嵌入式工控机做出进一步的操作控制；

信号识别，所述车载监控主机通过零速接口和主控接口实时监测车速识别信号和车头识别信号，并根据所述车速识别信号和车头识别信号启动或关闭所述车载监控主机内对应的监控识别模块；电源控制模块还接入车速识别信号和车头识别信号，这些信号作为对应开启不同的监控摄像头的触发信号源；

所述电源控制模块包括信号识别电路，所述信号识别电路包括对车速识别信号进行识别的车速识别电路，以及对车头识别信号进行识别的车头识别电路，所述车头识别电路与所述车速识别电路具有相同的电路结构，所述车头识别电路包括所述主控接口，所述主控接口的接地端接地，信号端电连接第二继电器的负向输入端，所述第二继电器的正向输入端接12V直流电，所述第二继电器的负向输出端接地，正向输出端电连接第二光耦的发光二极管的负端，所述发光二极管的正端接5V直流电，所述第二光耦的输出三极管的发射极接地，输出三极管的集电极与单片机的另一个输入输出引脚电连接；

疲劳监测，当监控到驾驶室为车头且有速时，设置在驾驶室内的面部监控摄像头将监控视频传输给车载监控主机中的面部识别模块，由所述面部识别模块进行疲劳状态识别，当识别出有疲劳状态时，则生成疲劳监控信息，进一步通过无线通信路由器传输给值班室管理子系统，进行疲劳告警和记录。

2.根据权利要求1所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，在视讯监控中，当值班员需要通过值班室管理子系统对列车驾驶员进行视讯交流时，则由值班室管理子系统向车载监控主机发出开启视讯工作的指令，经无线通信路由器、嵌入式工控机收到该指令，然后将视讯摄像头拍摄的视频直接由车载DVR传输给无线通信路由器，发送给值班室管理子系统。

3.根据权利要求1所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，驾驶室内设置有手势监控摄像头，车载监控主机对应设置有与所述手势监控摄像头视频连接的手势识别模块，在信号识别中，当监测到车头识别信号为车头，且车速识别信号为零速时，所述手势识别模块监控识别来自手势监控摄像头的视频图像，对驾驶员的手势进行识别判断，若在列车启动之前通过监控识别发现：无手势、缺少手势或非标准手势，则会产生告警信息。

4.根据权利要求1所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，驾驶室内设置有车外场景监控摄像头，所述车载监控主机内还对应设置有与所述车外场景监控摄像头视频连接的场景识别模块，在信号识别中，当车头识别信号识别为是车头时，并且车速识别信号显示当前为车速为零，则此时车外场景监控摄像头在嵌入式工控机的控制下，将视频信号输入到场景识别模块，场景识别模块对车外场景监控摄像头拍摄的信号灯进行识别。

5.根据权利要求1所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，在疲劳监测步骤中还包括对驾驶员的身份识别，当车头识别信号为车头，且车速识别信号为有速时，通过面部监控摄像头和面部识别模块对驾驶员进行人脸识别，提取人脸中所蕴涵的面部特征，并与已知的人脸进行对比，从而识别人脸身份，对应的身份数据传输至值班室管理子系统。

6.根据权利要求5所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，对驾驶员的身份识别中还包括对新驾驶员的身份标定，当通过驾驶员身份识别发现不存在该驾驶员身份时，则认为是新驾驶员，此时通过值班室管理子系统远程操控面部识别模块，对驾驶员身高、正常驾驶状态进行识别标定，并且和身份信息绑定，再通过无线通信路由器回传给值班室管理子系统。

7.根据权利要求5所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，疲劳监测进一步细分为：中度疲劳监测、重度疲劳监测、视线偏离监测、离岗监测、打电话监测、喝水监测和/或抽烟监测。

8.根据权利要求5所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，所述值班室管理子系统的监管方法包括实时监控、告警统计、状态抽检、设置操作和/或综合评价。

9.根据权利要求8所述的轨道列车驾驶员行为综合监测警示方法，其特征在于，所述值班室管理子系统还对告警信息通过网络向用户推送告警信息。

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